A simple and controlled single electron transistor based on doping modulation in silicon nanowires
利用栅控硅纳米线制作了一种简单、重复性好的单电子晶体管。该结构是在绝缘体上硅薄膜上制成的金属氧化物半导体场效应晶体管。晶体管的沟道在低温下为库仑岛。在栅极的每一侧上沉积的两个氮化硅间隔物产生沿着纳米线的掺杂调制，其产生隧道势垒。这种屏障是固定和受控的，就像金属SET一样。库仑振荡的周期由晶体管的栅极电容设置，因此由光刻控制。还表征了源极和漏极电容。该设计可用于构建更复杂的SET设备。
2006-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
n-type conversion of SnS by isovalent ion substitution: Geometrical doping as a new doping route
一硫化锡（SnS）是一种天然的具有层状晶体结构的p型半导体，但用传统的异价离子取代法还不能得到可靠的n型SnS。在这项工作中，载流子的极性转换为n型实现了等价离子取代多晶SnS薄膜在玻璃基板上。用Pb 2+取代Sn 2+将多数载流子从空穴转化为电子，自由电子密度范围为1012 ~ 1015 cm-3，最大电子迁移率为7.0 cm 2/（Vs）。基于光电发射光谱和pn异质结的电学特性，通过费米能级（EF）的位置进一步证实了n型导电。密度泛函理论计算表明，Pb取代引起了几何尺寸效应，增大了层间距离，降低了Sn和Pb化合物的形成能。
2015-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial Transition Metal Doping in Hydrogen Saturated Silicon Nanowires
我们报告了第一原理系统的研究氢饱和硅纳米线（H-SiNW）的原子，电子和磁性的过渡金属（TM）原子掺杂放置在不同的间隙网站。我们的结果在传统的GGA+U的方法得到了证实，使用混合功能。为了揭示表面效应，我们检查了沿[001]方向的直径约为2nm的H-SiNW的三种不同的可能的刻面。所有替代配置的掺杂和由此产生的电子和磁性的能量学检查。我们发现，除了Ti，所得到的系统具有不同的磁矩的磁基态。虽然H-SiNW最初是非磁性半导体，但它们通常在TM掺杂后变成铁磁金属。甚至在特定情况下，它们也会表现出半金属的行为。我们的研究结果表明，H-硅纳米线可以功能化的TM杂质，这将导致新的电子和自旋电子器件在纳米尺度上。
2012-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Opening the band gap of graphene through silicon doping for improved performance of graphene/GaAs heterojunction solar cells
石墨烯因其优异的性能引起了人们越来越多的关注，然而，单层石墨烯的零带隙可能限制其进一步的电子和光电应用。本文采用化学气相沉积法成功地大面积合成了单层硅掺杂石墨烯。拉曼光谱和X射线光电子能谱学测量证明硅原子掺杂到石墨烯晶格中，掺杂水平为3.4 at%。基于场效应晶体管的电学测量表明，硅掺杂使石墨烯的带隙打开，其带隙在0.紫外光电子能谱学表明SiG的功函数比石墨烯的功函数大0.13 eV。此外，SiG/GaAs异质结构太阳能电池显示出比石墨烯/GaAs太阳能电池平均提高33.7%的功率转换效率，这归因于增加的势垒高度和改善的界面质量。研究结果表明，硅掺杂可以有效地改善单层石墨烯的带隙，SiG在光电子器件中具有很大的应用潜力。
2015-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon solar cells efficiency analysis. Doping type and level optimization
对n型和p型基区的高效硅太阳电池的光电转换效率进行了理论分析。当硅体中的Shockley-Read-Hall复合由Fe的深能级决定时，考虑了这种情况。结果表明，由于复合参数的不对称性，这一水平的光伏转换效率是增加在SC与n型基地和减少在SC与p型基地与掺杂的增加。当进行分析时，考虑两个近似的带-带俄歇复合寿命依赖于基掺杂水平。给出了基于本征薄层（HIT）$α-Si:H-n-Si$异质结太阳能电池的关键特性的实验结果。对HIT电池特性的实验值与计算值进行了比较。由此确定了表面复合速度和串联电阻，其SC参数的实验值与计算值完全吻合。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Field Evaporation of Grounded Arsenic Doped Silicon Clusters
利用密度泛函理论研究了场蒸发52个原子组成的掺砷硅团簇，模拟了衬底上数百纳米长的硅纳米结构.研究了六种不同As掺杂浓度和掺杂位置的团簇结构。临界蒸发电场被发现是较低的集群与较高的掺杂浓度和掺杂点靠近表面。我们将这种差异归因于对应于不同As掺杂浓度和掺杂位置的结合能的差异。我们的理论研究对高电场下纳米尖端的稳定性有一定的指导意义。
2014-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Induced spin-orbit coupling in silicon thin films by bismuth doping
我们证明了在硅（Si）薄膜中掺杂铋（Bi），一种重金属，使用离子注入的自旋轨道耦合的增强。测量了Bi注入前后磷掺杂Si低温电导的量子修正，以探测自旋-轨道耦合的增加，并观察到明显的磁导信号变化：Bi掺杂使磁导从弱局域化转变为弱局域化和弱反局域化之间的交叉。估算了Si中的弹性扩散长度、相位相干长度和自旋轨道耦合长度，发现在2K时，Bi掺杂后的自旋轨道耦合长度（Lso = 54 nm）与相位相干长度（L_（max）= 35 nm）为同一数量级.这从实验上证明了Si薄膜中的自旋-轨道耦合强度可以通过重金属掺杂来调节。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallic Silicon Nanowires: Multiple Surface Dangling Bonds and Nonmagnetic Doping
通过第一性原理密度泛函理论计算，发现氢钝化的[100]方向多表面悬挂键（SDB）和硼掺杂的硅纳米线（SiNW）可以具有100%自旋极化的半金属基态，并且半金属性对外部电场具有很强的抵抗能力.在各种SDB的情况下，H钝化的SiNW也可以是铁磁或反铁磁半导体。本研究不仅提供了一种可能的路线，工程师半金属硅纳米线不包含磁性原子，但也揭示了操纵纳米线的自旋相关的性质，通过表面钝化。
2009-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Four-Valent Doping on the Crystallographic Phase Formation for Ferroelectric HfO$_2$ from First-Principles: Implications for Ferroelectric Memory and Energy-Related Applications
纳米级硅掺杂HfO $_2$的铁电性能保证了从铁电存储器到能量相关应用的多种应用。这种意外行为的原因尚未得到明确证明，可能包括尺寸效应和掺杂效应的贡献。采用不同的密度泛函理论（DFT）方法，通过第一性原理计算研究了HfO $_2$中硅的掺入.间隙和替代硅在HfO $_2$配对和没有氧空位的形成能证明的替代缺陷作为最有可能的。在高达12.5化学式单位%的研究浓度窗口内，单独的硅掺杂不足以稳定极性和正交晶相（p-o-相），其已被确定为HfO $_2$中的铁电性的来源。另一方面，硅掺入是所研究的掺杂剂组内的p-o-相和tetraxide相（t-相）的最强促进剂之一，证实了实验铁电窗口。除了硅，其他四价掺杂剂，C，Ge，Ti，Sn，Zr和Ce的能量上的有利影响进行了检查，揭示Ce作为一个非常有前途的候选人。随着这些四价掺杂剂的掺杂浓度的增加，体积变化的演变显示出与硅相比，Ce的相反趋势。为了补充这项研究，掺杂剂在主机HfO $_2$晶格的几何结合进行了分析。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of High Conversion Efficiency and Open-circuit Voltages Of α-si/poly-silicon Solar Cell
为了探索新型高效薄膜多晶硅太阳电池，利用AMPS-1D器件模拟器对P+ α-Si /N+多晶太阳电池进行了成型。为了分析该器件的特性和N+多晶硅层的厚度，在计算中考虑了N+多晶硅层中的杂质浓度和前接触中透明导电氧化物（TCO）的功函数。当N+多晶硅厚度在20 μm ~ 300 μm范围内变化时，其厚度对器件的影响很小。分析了多晶中杂质浓度的影响。结果表明，P+ α-Si /N+多晶太阳电池的开路电压（Voc）很高，达到752 mV，转换效率达到9.44%。因此，在上述最佳参数的基础上，研究P+ α-Si/N+多晶硅形成的器件，对探索高效多晶硅太阳电池具有重要意义。
2011-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Silicon Atom Doping in SiNx Resistive Switching Films
研究通过ULE-II向SiNx层掺杂Si原子并退火，利用电学表征与阻抗谱测量揭示了Si掺杂和退火温度对器件开关特性、介电性能及传导机制的显著影响。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Breaking the doping limit in silicon by deep impurities
在Si中通过浅杂质（诸如P、As和Sb）的N型掺杂由于在高掺杂浓度下经由缺陷复合物的费米能级钉扎而表现出本征极限。在这里，我们表明，掺杂硅与硫属Te的非平衡处理，深双施主，可以超过这个限制，并产生更高的电子浓度。与浅杂质相比，间隙Te分数随着掺杂浓度的增加而降低，并且替代Te二聚体成为有效施主的主导配置，导致非饱和载流子浓度以及绝缘体到金属的过渡。第一性原理计算表明，碲二聚体具有最低的形成能和捐赠两个电子，每个二聚体的导带。这些结果提供了新的见解深杂质的物理和导致一个可能的解决方案，超高的电子浓度需要在今天的硅基纳米电子学。
2018-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Determination of Doping and Temperature Dependent Elastic Constants of Degenerately Doped Silicon from MEMS Resonators
实验研究了简并掺杂硅的弹性常数c_（11）、c_（12）和c_（44）随掺杂浓度和温度的变化。从一组MEMS谐振器的测量谐振频率中提取了弹性常数的一阶和二阶温度系数，所述MEMS谐振器制造在七个不同的掺杂磷的晶片上（载流子浓度分别为4.1、4.7和7.5*10^19 cm^-3）、砷（1.7、2.5*10^19 cm^-3）和硼（0.6、3*10^19 cm^-3）。测量范围为-40 ℃至+85 ℃。研究发现，在n型掺杂浓度为n~2*10^19 cm^-3时，剪切弹性参数c11-c12的线性温度系数为零，随着掺杂浓度的增加，线性温度系数增大到40 ppm/K以上。这一观察结果意味着，许多类型的谐振模式，包括拉伸体模和弯曲模的频率，可以温度补偿到一阶。当n型掺杂从4.1增加到7.5*10^19 cm^-3时，c11-c12的二阶温度系数降低了40%。这项研究的结果使计算的频率漂移的任意硅谐振器设计的精度为+/- 25 ppm超过T=-40…85 C，在这项工作中所涵盖的掺杂水平。绝对频率的估计精度为+/- 1000 ppm。
2014-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for terahertz acoustic phonon parametric oscillator based on acousto-optic degenerate four-wave mixing in silicon doping superlattice
首次报道了太赫兹（THz）激光泵浦硅掺杂超晶格（DSL）中声光相位共轭简并四波（D4WM）混频产生的1.0 THz自启动无镜声学声子参量振荡器（MAPPO）。DSL是通过分子束外延生长在（100）硼掺杂的硅衬底上。利用超导NbTiN亚波长光栅将THz激光辐射耦合到DSL中。超导颗粒铝的热辐射探测，再加上Si：B压电声子光谱，揭示了太赫兹相干压缩波和剪切波的激发，仅沿<111>方向。验证了分布反馈的布拉格散射条件和D4WM过程的能量守恒要求。太赫兹MAPPO可以为非经典声学声子场的研究提供一个实验平台。
2019-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Aluminum doping improves the energetics of lithium, sodium, and magnesium storage in silicon
虽然Si是用于Li离子电池的有效插入型阳极，但已显示结晶Si不适合于Na和Mg储存，特别是由于结合强度不足。最近有报道说，可以合成高浓度（几个原子%）和分散的Al掺杂的Si纳米线。在这里，我们表明基于密度泛函理论计算，Al掺杂显着提高了Na和Mg插入的能量，具体地说，使其与真空参考状态相比，在能量上有利。对于高Al浓度，Al掺杂Si中Mg的能量接近Mg的结合能。然而，发现Li（0.57-0.70 eV）、Na（1.07-1.19 eV）和Mg（0.97-1.18 eV）在Al掺杂的Si中的扩散的迁移势垒保持与纯Si中一样高，可能阻止有效的电化学钠化和镁化。
2014-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Efficient photogeneration of charge carriers in silicon nanowires with a radial doping gradient
通过无电极时间分辨微波电导率测量，研究了气-液-固机制生长的硅纳米线阵列中载流子的产生效率、迁移率以及光激发下的衰减动力学。在光电导和载流子寿命的幅度的大的增强被发现取决于在生长过程中的杂质的掺入。它们被解释的内部电场，建立了，由于较高的掺杂侧壁，揭示了通过详细分析的纳米线的形态和化学成分。
2011-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Unlocking extreme doping and strain in epitaxial monocrystalline silicon
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay, CNRS（纳米科学和纳米技术研究中心，巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心）；Probion Analysis（普罗比昂分析公司）；CNR-IMM（意大利国家研究委员会微电子与微系统研究所）
本研究通过纳秒激光掺杂实现单晶硅外延层的高载流子浓度和晶格变形，揭示了超掺杂的限制机制，并通过理论模型和计算支持其有效性。
2026-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering of doped hydrogen passivated silicon quantum dots
本文通过第一性原理研究，揭示了掺杂与应变对氢钝化硅量子点稳定性、能隙及电子性质的耦合影响，并提出了相关解析表达式。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci
1-octadecene monolayers on Si(111) hydrogen-terminated surfaces: effects of substrate doping
我们研究了1-十八烯在氢封端的（111）硅表面上的单分子膜的电子性质及其与结构性质的关系。分子通过紫外线照射激活的C=C和Si-H之间的自由基反应连接。我们比较了在不同类型（n型和p型）和不同掺杂浓度（从低掺杂（~ 1 E14 cm-3）到高掺杂（~ 1 E19 cm-3））的硅衬底上形成的单分子膜的结构和电学性质。我们表明，在n-，p-和p+硅上的单层是致密的，它们作为非常好的绝缘膜在纳米厚度的漏电流低至~ 1 E-7 A.cm-2和高品质的电容-电压特性。在n+型硅上形成的单层更加无序，因此当嵌入硅/单层/金属结中时表现出更大的漏电流密度（> 1 E-4 A.cm-2）。用n+型硅获得的劣质结构和电子性质指出了有机单层的化学吸附过程中表面电势和表面费米能级的位置的重要作用。
2004-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Au-Pt Core-Shell Nanoemitters on Silicon for Photoelectrochemical Solar Energy Conversion
在多孔SiO2/Si界面制备了等离子体Au-Pt核壳异质结纳米发射体。在含氟溶液中通过振荡光电流循环获得硅模板。贵金属异质接触的局部形成是通过i）Pt核在Si孔尖端的电沉积，ii）Pt核上的球形Au沉积物和iii）保护性Pt壳实现的。这些Au-Pt/SiO2/Si纳米结构的增强的光吸收从Mie散射分析和时域有限差分模拟推导。光电极在I-/I3-氧化还原电解质中的操作证实了该概念在monoclonal Pt发射极界面上的潜在优势。太阳能光能转换效率已经达到8.7%。进一步优化的设备进行了讨论，在SiO2/Si边界和肖特基型结特性的界面态的形成。
2012-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Computational Fermi level engineering and doping-type conversion of Ga2O3 via three-step synthesis process
Ga 2 O3正在积极探索用于高功率和高温电子学，深紫外光电子学和其他应用。Ga 2 O3的高效n型掺杂已经实现，但p型掺杂由于补偿、深受体能级和自由空穴的极化子传输机制而面临根本性障碍。然而，除了实现p型导电性之外，还存在大量的机会来设计费米能级的位置，以改进基于Ga 2 O3的器件的设计。我们使用第一性原理缺陷理论和缺陷平衡计算来模拟3步生长-退火-淬火合成协议的氢辅助镁掺杂β-Ga 2 O 3，考虑到气体之间的相平衡H2，O2和H2 O，这决定了H的化学势。我们预测Ga 2 O3掺杂型转换后的净p-型制度的生长在还原条件下，在H2的存在下，然后通过富氧退火，这是一个类似的过程中的Mg受体激活的H去除GAN。对于平衡退火，对于给定的Mg掺杂水平，存在最大化Ga 2 O3净受主密度的最佳温度，其在没有再平衡的非平衡退火情况下进一步增加。在淬火到工作温度后，Ga 2 O 3费米能级下降到中能隙以下，下降到价带最大值以上约+1.5 eV，产生大量未补偿的中性MgGa 0受主。这种掺杂型转换（NA > ND）Ga_2 O_3材料的费米能级降低到+1.5 eV，并抑制了自由电子密度，对Ga_2 O_3功率电子器件的设计具有重要意义和影响。
2021-03-30 cond-mat.mtrl-sci
The effect of doping on the lattice parameter and properties of cubic boron nitride
本文研究了铍、硅、硫、镁掺杂立方氮化硼对晶格常数、电导率和EPR谱的影响。已经确定，与在4.2GPa和1400° C下从Mg-B-N系统的熔体的常规合成相比，在3.9- 4.2GPa和1100 ° C下从超临界氨中的BN溶液结晶立方氮化硼的情况下，掺杂程度显著增加。掺杂硅和铍导致立方氮化硼的半导体性质。
2020-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Energy Conversion: How Good Can Silicon Be?
缺乏热电效率和经济上有吸引力的材料是热电的挑战。硅可以是一种良好的热电材料，提供CMOS兼容性，无害性和成本降低，但它具有太高的热导率。基于薄膜横向结构的热转换器，利用限制效应来降低热导率，在deltaT= 30 K处的7 W/cm 2的高收获功率密度被建模。模拟结果表明，10 nm厚的硅比体硅的效率高10倍。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
SiNx:Tb3+--Yb3+, an efficient down-conversion layer compatible with a silicon solar cell process
SiN x：Tb3 +-Yb3+，一种与硅太阳能电池工艺兼容的高效下转换层摘要采用反应磁控共溅射法制备了与硅光伏工艺兼容的Tb3 +-Yb3+共掺SiNx下转换层。Tb3+离子通过SiNx基质的有效敏化以及Tb3+和Yb3+离子之间的协同能量转移被证明是下转换过程的驱动机制。在本文中，薄膜的组成和微观结构的研究，以及它们的光学性能，以最大限度地提高稀土离子的掺入和发射效率的目的。采用反应磁控共溅射法，在富氮气氛中，对Tb和Yb靶分别施加1.2W/cm ${}^2$和0.15W/cm ${}^2$功率密度，得到了最佳的Yb3+发光强度。确定在200 {\textdegree} C下沉积并在850 {\textdegree} C下退火导致与在500 {\textdegree} C下沉积并在600 {\textdegree} C下退火相当的Yb 3+发射强度，这对于硅太阳能电池的应用是有希望的。
2015-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Silicon carbide stacking-order-induced doping variation in epitaxial graphene
一般认为外延石墨烯中的费米能级受两种效应控制：由六角SiC（0001）衬底体诱导的p型极化掺杂和与缓冲层相关的类施主态的过补偿。在这项工作中，我们的证据表明，这种效果也与特定的底层SiC梯田。我们制作了一个周期性的序列不相同的SiC梯田，这是明确归因于特定的SiC表面终端。实验观察到SiC终端和电子石墨烯性能之间的明确相关性，并通过各种互补的表面敏感方法证实。我们将这种相关性归因于SiC终止依赖的极化掺杂对上覆石墨烯层的邻近效应。我们的研究结果为纳米级掺杂工程开辟了一条新途径，即在介电极性衬底上自图案化外延石墨烯和其他2D层。
2020-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of strain on the thermoelectric properties of silicon: An ab initio study
基于详细的第一性原理计算，研究了双轴应变硅的各向异性热电输运性质，重点研究了功率因数的可能提高。电子以及空穴掺杂进行了检查，在一个广泛的掺杂和温度范围。在低温和低掺杂制度的增强的功率因数得到的压缩和拉伸应变的电子掺杂的情况下，在空穴掺杂的情况下，压缩应变。在热电更重要的高温和高掺杂区域中，仅在小的双向拉伸应变下，空穴掺杂情况下发现功率因子略有增强。从能带结构效应的角度讨论了结果。提出了一个分析模型，以理解这样一个事实，即热电势下降，如果简并带被大力提升，由于应变引起的状态的重新分布。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopy and transport of nonpolarons in silicon and germanium: the influence of doping and temperature
该研究通过第一性原理和累积量展开方法，揭示了硅和锗中非极化子的光谱特征及掺杂和温度的影响，并解释了锗迁移率高于硅的原因。
2025-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Reaction pathways of BCl$_3$ for acceptor delta-doping of silicon
BCl $_3$是一个有前途的候选原子精度受体掺杂硅，但优化与这种技术创建的结构的电性能需要详细了解这种前体的吸附和解离途径。在这里，我们使用密度泛函理论和扫描隧道显微镜（STM），以确定和探索这些途径的BCl $_3$在Si（100）在不同的退火温度。我们表明，BC1 $_3$选择性吸附没有反应势垒，随后解离相对容易与反应势垒$\approx$ 1电子伏特。使用这种解离途径，我们对动力学蒙特卡罗模型进行参数化，以预测B掺入率与给药条件的函数关系。STM是用来成像BC1 $_{3}$吸附，确定几个表面配置和跟踪其分布的变化作为退火温度的函数，匹配的动力学模型的预测以及。这种原子精度受体掺杂的直接途径有助于实现广泛的应用，包括双极纳米电子学，基于受体的量子比特和超导Si。
2022-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of p-type doping on the oxidation of H-Si(111) studied by second-harmonic generation
原子力显微镜和二次谐波发生数据表明，硼掺杂提高了H-终止硅的氧化速率。空穴使Si-H上键的反应活性比Si-Si背键的反应活性增加更大。
2011-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Linear magnetoresistance in commercial n-type silicon due to inhomogeneous doping
自由电子理论告诉我们电阻率与磁场无关。事实上，大多数观测结果都符合磁电阻的半经典预测，即在饱和之前，磁电阻在低磁场下是二次的。然而，在诸如银硫族化物、轻掺杂InSb、N掺杂InAs、MnAs-GaAs复合材料、PrFeAsO和外延石墨烯的奇异半导体中已经观察到非饱和线性磁阻。在这里，我们报告了一个大的线性磁阻在欧姆制度的普通商业n型硅晶片的观察。这是很好地描述了一个经典的模型的空间波动的施主密度，并可以通过改变样品的纵横比，以增强电流喷射放大：增加宽度的10倍增加的磁阻在8 T从445%到4707%在35 K。这个物理图像可以很好地提供洞察最近观察到的大磁阻在n型和p型硅在非欧姆制度。
2011-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Observation of the inverse spin Hall effect in silicon
固体中的自旋-轨道相互作用将电子的自旋与其动量耦合起来。这种耦合引起自旋电流和电荷电流之间的相互转换：直接和反向自旋霍尔效应。自旋霍尔效应已在金属和半导体中观察到。然而，在最基本的半导体之一硅中尚未实现自旋/电荷转换，其中由于其非常弱的自旋-轨道相互作用，认为难以获得自旋霍尔效应。本文报道了室温下在硅中观察到的逆自旋霍尔效应。对于p型硅膜，自旋/电荷电流转换效率（自旋霍尔角）为0.0001。尽管自旋霍尔角很小，但我们在p-Si膜中发现了由于逆自旋霍尔效应而产生的清晰的电压，这表明硅可以用作自旋电流检测器。
2011-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous polarization induced doping in quasi-free standing epitaxial graphene on silicon carbide from density functional theory
通过密度泛函理论（DFT）计算，我们定量地估计了SiC（0001）衬底的自发极化（SP）对通过H嵌入与SiC解耦的准独立石墨烯（QFG）电子性质的影响.为了在标准DFT板计算中正确地包括SP（其是体性质）对表面限制性质（诸如石墨烯的掺杂）的影响，我们在板的C端接的底部处附接双金层，其引入金属诱导的间隙状态，该间隙状态将化学势固定在间隙内。此外，扩大板底部的层间距离产生了局部偶极矩，其抵消了由板的极性特性引起的偶极矩，并允许将立方SiC（111）的石墨烯的狄拉克点（DP）的位置与化学势对准。因此，在相同的平板模型下获得的其他多型体的DP位移成为SP诱导的掺杂的几乎直接测量。我们的研究结果证实了最近的建议，SP诱导实验观察到的p型掺杂的石墨烯层，可以实现高达几百meV的DP位移（或等效地，$\sim 10^{13} e$ /cm $^2$）为特定的多型体。发现掺杂随着多型体的六边形和其厚度而增加。对于板thickenses考虑（6-12 SiC双层）一个充足的，几乎连续的，范围内的掺杂值可以通过调整堆叠缺陷的数量和它们的位置相对于表面。接下来通过执行大规模DFT计算来概括板模型，其中自掺杂经由点缺陷（空位加上H原子）被包括在QFG中，从而允许估计p掺杂的两个源（SP-与缺陷诱导的）之间的相互作用，这被证明基本上是加性的。
2015-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Size dependent thermoelectric properties of silicon nanowires
利用第一性原理紧束缚电子结构计算和玻尔兹曼输运方程，研究了硅纳米线（SiNWs）热电性能的尺寸依赖性.随着截面面积的增大，电导率缓慢增大，而塞贝克系数显著减小。这导致冷却功率因数随直径的快速降低。此外，品质因数也随着横向尺寸而减小。我们的研究结果表明，在热电应用中，小直径的NW是优选的。我们还预测，同位素掺杂可以显着提高ZT值。当29Si掺杂量为50%（28Si0.529Si0.5 NW）时，ZT可提高31%。
2009-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Single-atom doping for quantum device development in diamond and silicon
以高空间分辨率、掺杂剂种类的灵活性和高单离子检测保真度注入掺杂剂原子的能力为掺杂剂波动效应的研究和其中功能基于单原子中的量子态的操纵的装置（例如所提出的量子计算机）的开发打开了机会。我们描述了一个单原子注射器，其中的扫描力显微镜（SFM）的成像和对准能力集成与离子束从一系列的离子源和灵敏的检测入射离子引起的电流瞬变。离子束通过SFM尖端中的小孔准直，并且由晶体管通道中的单离子撞击引起的电流变化使得能够可靠地检测单离子撞击。我们讨论了离子放置和处理中的分辨率限制因素以及单原子（和色心）阵列形成的路径，以系统地测试硅和金刚石中的量子计算机架构。
2008-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Evidence of boron pairs in highly boron laser doped silicon
在浓度为0.02at.%的掺硼硅上进行了二次离子质谱和霍尔效应测量和12at.%。超高硼掺杂是通过用BCl3饱和Si晶片的化学吸附位点，然后进行纳秒激光退火（气体浸没激光掺杂）来进行的。因此，硼浓度随着工艺重复次数几乎线性地变化。然而，空穴浓度在高硼浓度下趋于饱和的情况并非如此。硼和空穴浓度之间的差异随着硼浓度的平方而增加，指向硼对的形成作为对非活性硼的增加的主要贡献。
2022-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Large spin-to-charge conversion at room temperature in extended epitaxial Sb2Te3 topological insulator chemically grown on Silicon
磁性材料和拓扑绝缘体（TI）之间的界面处的自旋-电荷相互转换现象在为未来信息和通信技术开发快速和超低功率器件的研究努力中吸引了巨大的兴趣。本文报道了在4英寸Si（111）衬底上用金属有机化学气相沉积法生长的Sb_2Te_3薄膜，在Au/Co/Au/Sb_2Te_3/Si（111）异质结中获得了很高的自旋-电荷转换效率。通过室温自旋抽运铁磁共振，我们测量到了最大为0.75nm的反Edelstein效应长度λIEE，这是三维硫系TI异质结构的最大值。我们的研究结果开辟了使用化学方法在大面积Si衬底上生产TI的道路，其特征在于高性能的自旋-电荷转换，从而标志着未来技术转移的里程碑。
2021-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Erbium-doped WS$_2$ with Down- and Up-Conversion Photoluminescence Integrated on Silicon for Heterojunction Infrared Photodetection
本研究利用稀土元素掺杂策略合成2D WS$_2$:Er纳米片，实现可见至近红外上转换与下转换发光，并构建室温WS$_2$:Er/Si异质结红外光电探测器，有效抑制暗电流，为2D材料异质结红外探测奠定基础。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Isotopically Selected Single Antimony Molecule Doping
该研究提出一种同位素选择的单锑分子掺杂方法，可将确定同位素的锑团簇确定性掺入硅中，探测效率达94%，锑原子间距约2nm，兼容低${}^{29}\text{Si}$硅衬底工艺，为硅基可扩展量子计算qudit阵列制备提供了潜在路径。
2025-09-03 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Atomic Hole Doping of Graphene
石墨烯具有严格的二维电子结构和极高的载流子迁移率，是下一代电子材料的理想候选材料。开发基于石墨烯的电子器件的先决条件是通过外部（栅极）和内部（掺杂）手段可靠地控制载流子的类型和密度。虽然已经成功地证明了石墨烯薄片和碳化硅上的外延石墨烯的门控，但可靠的化学掺杂方法的发展是一个真正的挑战。特别地，空穴掺杂是未解决的问题。到目前为止，它只能用反应性分子吸附物实现，这在很大程度上与任何设备技术都不兼容。在这里，我们通过角度分辨光电子能谱显示，在碳化硅衬底上用铋、锑或金对外延石墨烯层进行原子掺杂，提供了p型掺杂的有效手段。原子掺杂不仅是载流子密度内部控制的首选方法。结合SiC上外延石墨烯的固有n型特性，可以将载流子从电子调谐到空穴，而不影响锥形能带结构。
2008-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Glassy materials for Silicon-based solar panels: present and future
本文综述了硅基太阳能电池板玻璃材料的环保化与功能化研究，并针对光谱转换器缺乏标准化评估的问题，提出了一套可量化比较盖板玻璃性能的基准框架。
2023-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
High-field Overhauser DNP in silicon below the metal-insulator transition
单晶硅是探索动态核极化（DNP）的优秀系统，因为它表现出作为掺杂浓度和温度的函数的从金属到绝缘的连续性质。在低掺杂浓度下，已经观察到DNP通过固体效应发生，而在非常高的掺杂浓度下，奥弗豪泽机制负责。在这里，我们报告了n型掺杂硅晶体中29 Si的超极化，掺杂浓度范围为1-3 x 10^17 /cc。在这种制度下，捐助者之间的交流互动变得极其重要。在我们的实验中的增强的迹象和它的频率依赖性表明，29 Si的自旋直接极化的施主电子通过交换耦合施主集群内的Overhauser机制。供体之间的交换相互作用仅需要大于硅超精细相互作用（通常比供体超精细耦合小得多）以实现该奥弗豪瑟机制。核极化增强观察到的范围内的捐助者集群中的交换能量是可比的捐助者超精细相互作用。的DNP动力学的特征在于由一个单一的指数时间常数，取决于微波功率，表明Overhauser机制是限速步骤。由于只有大约2%的硅核位于施主电子的一个玻尔半径内，核自旋扩散在将极化转移到所有自旋中是重要的。然而，由于相对较弱的硅超精细耦合强度，自旋扩散时间比奥弗豪瑟时间短得多。在2.35 T磁场和1.1 K下，我们观察到微波辐射两小时后$244 +/- 84 resulting in a silicon polarization of $ 10.4 +/-3.4%的DNP增强.
2011-09-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Large Spin-to-Charge Conversion in Ultrathin Gold-Silicon Multilayers
在过去的十年中，由于金结合了大的体自旋扩散长度和强的界面自旋轨道耦合的性质，对金中的自旋霍尔效应的研究引起了越来越多的兴趣。然而，文献中报道的金的自旋霍尔角的值之间的差异带来了问题的自旋霍尔效应在Au的微观起源。在这里，我们调查的自旋电荷转换效率的厚度依赖性在单一的Au膜和cross-Au/Si多层膜的非局域传输和自旋扭矩铁磁共振测量。我们发现，自旋电荷转换效率大大提高，在cross-Au/Si多层膜，达到非常大的值0.99 +/- 0.34时，个别Au层的厚度按比例缩小到2 nm。这些发现揭示了强的界面自旋轨道耦合效应的共存，成为占主导地位的金，和体自旋霍尔效应与一个相对较低的体自旋霍尔角为0.012 +/- 0.005。我们的实验结果表明，Rashba-Edelstein效应的自旋-电荷转换中的关键作用，在CuAu。
2021-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Silicon Nanocrystals: Theoretical study of the effect of Codoping with Boron and Phosphorus
我们表明，通过杂质掺杂可以有效地调节纳米晶硅的光学和电子性质。特别是，我们给出的证据，通过从头计算，通过适当地控制掺杂与一个或两个原子物种，一个显着的修改的吸收和发射的光可以实现。我们已经考虑了杂质，无论是硼或磷（掺杂）或两者（共掺杂），位于不同的硅纳米晶体的尺寸范围从1.1 nm到1.8 nm的直径的替代网站。我们发现，当两种杂质占据表面附近的最近邻位置时，共掺杂纳米晶体具有最低的杂质形成能。此外，这样的系统目前的带边状态本地化的杂质引起的红移的吸收阈值相对于未掺杂的纳米晶体。我们详细的理论分析表明，由于光吸收产生的电子-空穴对决定了几何畸变，进而导致吸收和发射光谱之间的斯托克斯位移。为了更深入地了解这种效应，在一种情况下，我们计算了吸收和发射光谱，超出了单粒子方法，显示了多体效应所起的重要作用。我们在这项工作中收集的整套结果强烈表明，通过掺杂可以调节硅纳米晶体的光学性质。
2007-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Atmospheric Oxygen Binding and Hole Doping in Deformed Graphene on a SiO2 Substrate
利用显微拉曼光谱和扫描隧道显微镜研究了二氧化硅衬底上石墨烯的结构畸变与空穴掺杂的关系。观察到的拉曼G带的上移表示电荷掺杂，而不是压缩应变。两个独立的因素控制掺杂：（1）石墨烯耦合到衬底的程度，以及（2）暴露于氧气和水分。由于与SiO2的紧密耦合，热退火引起明显的结构畸变，并激活双原子氧从石墨烯接受电荷的能力。气流实验表明，干燥的氧气可逆地掺杂石墨烯;掺杂变得更强，更不可逆的水分的存在下，并在很长一段时间。我们建议，氧分子阴离子是稳定的水溶剂化和静电结合的二氧化硅表面。
2010-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Doped and Codoped Silicon Nanocrystals: the Role of Surfaces and Interfaces
硅纳米晶由于其新颖的性质及其在电子、光电子、光伏、热电和生物等领域的潜在应用而受到广泛的研究。这些新特性是通过载流子的量子限制和表面化学的强烈影响相结合来实现的。如在体硅的情况下，电子、光学和输运性质的调谐与以受控方式掺杂纳米晶体的可能性有关。这是一个很大的挑战，因为一些研究表明，Si纳米晶体中的掺杂与体相掺杂不同。理论和实验表明，掺杂和共掺杂受到大量参数的影响，如硅纳米晶体的尺寸，形状，钝化和化学环境。然而，这些参数之间的连接和掺杂剂的本地化，以及发生的自净化效应仍然不清楚。在这篇综述中，我们总结了这一迷人的研究领域的最新进展，考虑独立的和矩阵嵌入的硅纳米晶体从理论和实验的角度来看，特别注意的从头计算得到的结果和尺寸，表面和界面诱导的影响。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing Solar Thermal Energy Conversion with Silicon-cored Tungsten Nanowire Selective Metamaterial Absorbers
这项工作的实验研究硅芯钨纳米线选择性超材料吸收，以提高太阳能热能收集，简单地制造保形涂层薄钨层到商业硅纳米线邮票。扫描电子显微镜用于表征钨沉积前后的形貌变化，而光学光谱学用于测量从太阳光谱到红外的宽波长范围内的光谱吸收率（或发射率）。结果表明，钨纳米线吸收器表现出几乎相同的总太阳吸收率约为0.85的硅纳米线，但大大降低了总发射率下降到0.18，这可以显着抑制红外发射热损失。实验室规模的太阳热测试装置用于测量钨纳米线吸收剂从1到20个太阳的太阳热效率，实验证明了由于硅纳米线和黑色吸收剂的优异光谱选择性而提高的性能。通过详细的传热分析，发现钨纳米线吸收体在6.3个太阳下的停滞温度为273 ℃的太阳热测试中，在203 ℃的温度下达到41%的实验效率。预计在相同温度203摄氏度下达到74%的效率，实际应用的停滞温度为430摄氏度，而没有来自侧表面和底表面的寄生辐射损耗，大大优于硅纳米线和黑色吸收剂。研究结果将有助于以低成本开发新型超材料选择性吸收器，用于高效太阳能热能系统。
2020-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Explaining the x-ray nonlinear susceptibility of diamond and silicon near absorption edges
我们报道了金刚石$K$吸收边和硅晶体$L_{23}$吸收边的参量下转换非线性极化率的观测结果和理论解释。使用类似的参数调用成功地预测共振非弹性X射线光谱，我们推导出的非线性磁化率在X射线边缘，这可以通过使用原子散射因子$f_1$的第一性原理计算的重正化项的表达式。我们的模型再现所观察到的增强金刚石$K$和Si $L_{23}$边缘的参数下转换，而不是先前声称的抑制。
2015-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Improved Thin Film Quality and Photoluminescence of N-Doped Epitaxial Germanium-on-Silicon using MOCVD
采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法，在Si上原位生长了磷、砷掺杂的Ge结构。通过对薄膜表面粗糙度、应变、穿透位错密度、Si-Ge互扩散、掺杂扩散和光致发光的表征，研究了缺陷退火和Si衬底切边效应对Ge薄膜质量以及发光性能的影响。所有样品表面光滑（粗糙度< 1.5 nm），Ge薄膜的拉伸应变为0.2%。生长态的P和As掺杂Ge薄膜在没有缺陷退火的情况下具有2.8e8到1.1e9 cm^（-2）的穿透位错密度。随着热循环，这些值降低到1-1.5e8 cm^（-2）。Si衬底的六度切边被示出具有很小的影响。与delta掺杂相反，掺杂剂的向外扩散已被成功地抑制以在缺陷退火时保持掺杂浓度。然而，光致发光强度的下降主要是由于硅锗相互扩散，这也导致了发射波长的蓝移。与2012年第一个用delta掺杂方法掺杂的Ge激光器工作中的benckmarking样品相比，在25%掺杂浓度下，生长的P或As掺杂的Ge薄膜具有相似的光致发光强度和更光滑的表面，这是具有更好的发光效率的Ge激光器的前景。
2019-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Spatially resolved, energy-filtered imaging of core level and valence band photoemission of highly p and n doped silicon patterns
作为局部掺杂的函数，在微米和亚微米尺度上图案化的半导体衬底的能级的空间变化的准确描述是微电子工业的重要技术挑战。空间分辨表面分析的光电子能谱显微镜可以提供一个宝贵的贡献，由于相对非破坏性的，定量分析。我们目前的结果高掺杂的n型和p型图案，分别为p型和n型硅衬底。利用同步辐射和球差校正能量滤波技术，我们获得了Si 2p芯能级和价带上的光谱图像序列。局部带对齐提取，占掺杂，带弯曲和表面光电压。
2017-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Peak thermoelectric power factor of holey silicon films
纳米结构硅的热电性能还没有完全理解，尽管他们最初的承诺。虽然极低的热导率吸引了大量的工作，纳米结构对功率因数的影响大多没有引起注意。虽然最初的报告没有发现任何显着的变化，功率因数相比，散装，随后的详细测量p型硅纳米线显示了一个鲜明的减少塞贝克系数相比，类似的掺杂散装。减少是一致的声子阻力贡献的消失，由于声子边界散射。在这里，我们报告测量不同的纳米结构，多孔硅薄膜，测试是否可以观察到类似的声子阻力损失。通过设计实验，在同一样品上测量所有属性，我们表明，虽然这些薄膜具有接近的导电性，在散装在可比的掺杂，他们表现出相当小的热电势。这些数据与声子阻力的损失是一致的。在120 - 230 nm之间的颈部距离，在最佳掺杂的功率因数是$\sim$体的50%。这些见解是有用的，在实际设计的未来热电器件的基础上纳米结构硅。
2020-10-03 cond-mat.mtrl-sci
STM study of single phosphorus incorporation into silicon by heating PBr3 on Si(100)
Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院普罗霍洛夫普通物理研究所）；HSE University（高等经济大学）
研究通过STM结合DFT，揭示了PBr3在Si(100)表面解离后，磷原子加热时与硅原子交换形成络合物的单原子掺杂机制，为精确单原子掺杂提供了原子级基础。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-effect induced superconductivity in surfaces of tetrahedrally coordinated semiconductors: the case of (111) hydrogenated silicon
我们以氢化（111）硅表面为例，证明了通过场效应（FET）掺杂在四面体配位半导体中诱导双晶相变的可能性。我们进行密度泛函理论计算的电子和振动特性的系统在适当的FET几何形状，考虑到所施加的电场和感应电荷密度。利用$q=Γ$中的简化模型和McMillan/Allen-Dynes公式，我们得到了临界温度的估计。我们观察到，通过在$n_{dop}=6\cdot10^{14}$ cm $^{-2}$处重掺杂空穴，我们得到了$λ_{Si}=0.98$的电子-声子耦合常数和在$T_{\text{c}}\in[8.94;10.91]$ K处的双稳态相变，其中$μ^*\in[0.08;0.12]$。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Enhanced photovoltaic effect in graphene-silicon Schottky junction under mechanical manipulation
石墨烯-硅肖特基结（GSJ）具有大规模制造和集成的潜力，为肖特基太阳能电池的光伏功率转换带来了新的机遇。然而，这些器件的基本功率转换限制在于小的开路电压（$V_{oc}$），这取决于肖特基势垒高度（SBH）。在这项研究中，我们介绍了一种机电方法的基础上挠曲电效应，以提高光伏效率在GSJ。利用原子力显微镜针尖压入和原位电流测量，获得了弯曲电应变梯度下的电流-电压（I-V）响应。观察到$V_{oc}$增加高达20 $\%$，导致功率转换效率的明显改善。我们的研究表明，应变梯度可能会提供前所未有的机会，GSJ为基础的柔性光伏应用的发展。
2023-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic interactions in doped silicene for spintronics
本研究通过密度泛函理论探究铬掺杂硅烯的磁性，发现磁化强度受屈曲、层间距离和吸附位点等参数调控，为自旋电子学应用提供基础。
2024-02-02 cond-mat.mtrl-sci
